Gran pregunta!
- El término * nucleación * se deriva de la física de polímeros y se usa a menudo para describir el proceso de polimerización (o un cambio de fase). Dado que la actina y el colágeno son ambos polímeros que forman filamentos / fibrillas, los principios de la física de los polímeros a menudo se pueden aplicar para describir estos procesos. Estos principios también se aplican a la formación de amiloide en la agregación de proteínas.
- Para un número de moléculas, el proceso de * polimerización * en estructuras más grandes o más grandes implica una serie de etapas / etapas desfavorables. Estos pasos son a menudo la formación de un núcleo.
- Para que se produzca el proceso de polimerización, la ganancia de las fuerzas intermoleculares debe ganar la entropía de los monómeros libres en solución. Y a partir de los principios de la termodinámica, este * núcleo * representa un equilibrio entre estas dos fuerzas impulsoras.
- Una vez que se forma un núcleo, la adición de monómeros aumentará la estabilidad de la estructura.
Figura 1: Un ejemplo de mecanismo de polimerización nucleada: la formación del núcleo oligomérico es la barrera de la energía, y es todo cuesta abajo una vez que se forma el núcleo. La formación de un núcleo también puede ser * sembrada * por la presencia de otras especies oligoméricas. Imágenes AFM de amiloide-beta oligomérica y especies fibrilares que se muestran en el fondo [1].
- Cinéticamente, esto significa que la tasa de adición de monómero después de la formación de un núcleo es mucho más alta. Mientras que, la tasa de adición de monómero antes de la formación de un núcleo no supera la tasa de pérdida de monómero.
Figura 2: La curva sigmoidal verde muestra la tasa de formación de amiloide o fibrilla. La curva roja muestra la velocidad cuando las semillas se agregan al sistema [2].
Nota: Debo agregar que el proceso de nucleación es mucho más complejo y lo anterior es simplemente una esencia.
Nucleación en colágeno ** y actina:
- También se han observado mecanismos de elongación-nucleación en los procesos de polimerización de colágeno y actina [3-4].
- A menudo, la nucleación en la polimerización de proteínas se refiere a la formación del primer turno en una hélice o la formación de un giro beta, etc. Sin embargo, puede ser cualquier evento que desencadena la polimerización cuesta abajo.
- En general, es muy difícil estudiar, detectar o caracterizar el * núcleo * ya que son energéticamente desfavorables.
- El núcleo de actina generalmente se considera formado por tres monómeros [5]. Sin embargo, la polimerización de actina sigue siendo un área activa de investigación, con múltiples moléculas involucradas en su regulación, crecimiento y nucleación (factores de nucleación). [Sugiero hacer una pregunta por separado sobre la polimerización de actina, si está interesado]
Aquí hay una representación de dibujos animados (divertidos) de la polimerización de actina:
¿Dos aminoácidos hacen una proteína?
¿Cuál es una explicación simple de la hipótesis del polipéptido del gen uno?
Referencias
[1] Página en nature.com
[2] Fosforilación de péptidos beta amiloides: desencadenante de la formación de agregados tóxicos en la enfermedad de Alzheimer
[3] El mecanismo de nucleación para la formación de fibrillas de colágeno in vitro
[4] Página en jbc.org
[5] Estructura y organización de los filamentos de actina
Nota:
** He escrito una publicación sobre nucleación de triple hélice de colágeno
